Ustrój elektrodynamiczny

Ustrój elektrodynamiczny – element pomiarowy mierników elektrodynamicznych.

Symbol ustroju elektrodynamicznego umieszczany na skali miernika

Zasada działania

Zasada działania ustroju elektrodynamicznego polega na wzajemnym oddziaływaniu dwóch cewek, w których płyną prądy. Pierwsza z nich (ruchoma), umieszczona jest wewnątrz drugiej (nieruchoma). Przepływ prądu przez cewki powoduje ruch cewki ruchomej oraz odchylenie się przymocowanej do niej wskazówki.

W zależności od przeznaczenia miernika cewki mogą być połączone szeregowo, równoległe lub przez każdą z nich może płynąć prąd z innego obwodu.

Dla prądów stałych ${\displaystyle I_{1}}$ i ${\displaystyle I_{2}}$ płynących przez cewki moment napędowy wynosi:

${\displaystyle M_{n}=k_{n}I_{1}I_{2}{\frac {\Delta M_{12}}{\Delta \alpha }},}$

gdzie ${\displaystyle k_{n}}$ jest stałą, zależną od konstrukcji miernika, a ${\displaystyle {\frac {\Delta M_{12}}{\Delta \alpha }}}$ jest zmianą indukcyjności wzajemnej pomiędzy cewkami ${\displaystyle 1}$ i ${\displaystyle 2}$ w funkcji kąta ${\displaystyle \alpha .}$

Natomiast dla prądów przemiennych ${\displaystyle i_{1}(t)}$ i ${\displaystyle i_{2}(t)}$ o przebiegach:

${\displaystyle i_{1}(t)={\sqrt {2}}I_{1}\sin \omega t,}$

${\displaystyle i_{2}(t)={\sqrt {2}}I_{2}\sin(\omega t+\varphi ),}$

średni moment obrotowy wynosi:

${\displaystyle M_{n}=k_{n}I_{1}I_{2}\cos \varphi {\frac {\Delta M_{12}}{\Delta \alpha }},}$

gdzie ${\displaystyle I_{1}}$ i ${\displaystyle I_{2}}$ to wartości skuteczne powyższych prądów, a jest ${\displaystyle \varphi }$ kątem przesunięcia fazowego pomiędzy prądami.

Natomiast ustalone wychylenie ${\displaystyle \alpha }$ wskazówki mirnika jest proporcjonalne do średniego momentu obrotowego:

${\displaystyle \alpha ={\frac {k_{n}}{k_{z}}}I_{1}I_{2}\cos \varphi {\frac {\Delta M_{12}}{\Delta \alpha }}.}$

Wychylenie miernika o ustroju elektrodynamicznym będzie się równało ${\displaystyle 0,}$ w wypadku kiedy kąt ${\displaystyle \varphi =\pm {\frac {\pi }{2}}}$ oraz kiedy częstotliwości prądów ${\displaystyle I_{1}}$ i ${\displaystyle I_{2}}$ będą różne.

Zastosowanie ustroju elektrodynamicznego

Mierniki tego typu są mało trwałe oraz drogie. Ustrój ten najczęściej stosowany jest w watomierzach oraz waromierzach, a także amperomierzach i woltomierzach wartości skutecznej prądu przemiennego o małej częstotliwości.

Moc pobierana przez mierniki o ustroju elektrodynamicznym jest stosunkowo duża, wynosi 1-10 VA.

Ustrój ferrodynamiczny

Watomierz o ustroju ferrodynamicznym

Budowa oraz zasada działania ustroju ferrodynamicznego są podobne ustroju elektrodynamicznego. Różnicą jest wprowadzenie do obwodu magnetycznego ferromagnetyku. Powoduje to, że pole magnetyczne oddziaływające na cewkę ruchomą jest o wiele większe niż w przypadku ustroju elektrodynamicznego.

Zaletami takiego rozwiązania jest znacznie większy moment napędowy, większa czułość oraz mniejszy pobór mocy. Natomiast wadami takiego ustroju są: histereza magnetyczna, nieliniowość indukcji w funkcji amperozwojów oraz wpływ prądów wirowych w ferromagnetyku.

Mierniki o ustroju ferrodynamicznym stosowane są przede wszystkim w elektroenergetyce.

Bibliografia

• Elektryczne przyrządy analogowe. W: Józef Parchański: Miernictwo elektryczne i elektroniczne. Wyd. dziewiąte. Warszawa: Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 2007, s. 101–103. ISBN 978-83-02-07042-6. (pol.).